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爆破培训材料 一、爆破技术发展史 中国在公元6－7世纪发明了黑火药； 1627年，匈牙利人首先将黑火药用于采矿； 1875年，诺贝尔研制成硝化甘油炸药； 1862年，压气式冲击式凿岩机研制成功； 1895年，秒延期雷管问世，解决了多个药包同时起爆的问题； 1925年，硝酸铵炸药问世，使爆破工程进入安全、经济化； 1967年，诺贝尔公司研制出导爆管，进一步提高爆破安全性 近年来，随着计算机技术发展、新型炸药的研制和电子雷管的使用，使爆破向精细化、数字化发展。 二、现代爆破技术发展趋势 爆破控制的精确化 1、在钻眼爆破中装药量、药包分布更加合理，有利控制爆破效应、提高岩石破碎质量； 2、电子雷管的使用，使起爆精度和安全性大为提高； 3、在城市拆除爆破中，通过精确计算，实现对倾倒方向、倒塌区域、飞散范围等有效控制 二、现代爆破技术发展趋势 爆破控制的科学化 1、固体力学、工程力学等学科的新理论的发展，尤其是计算机技术的广泛使用而有所改观。固体力学、工程力学等新理论的引自，数值计算、设计智能化技术和安全与量测技术等研究工作的进步，为研究岩石爆破复杂过程提供了新的技术支持。 2、在破岩机理研究中，除考虑爆炸冲击波和爆生气体作用外，更加关注自由面对爆破作用的影响。在爆破实践中大孔距小抵抗线毫秒延时爆破技术，充分利用自由面作用，采取斜线起爆，尽可能产生多个人为制造自由面，从而极大改善了爆破质量。 二、现代爆破技术发展趋势 爆破控制的数字化 数值计算方法的发展，经历了连续介质材料模型和非连续介质材料模型等发展阶要。岩石爆破损伤模型考虑了岩石内部客观微纹及其在爆炸载荷下的损伤演化对岩石断裂和破碎的影响，能较真实地反映了岩石爆破破碎过程。但是目前的岩石爆破损模型普遍未虑气体在岩石破碎中的作用。 三、爆破常用术语 1、爆破是指采用工业炸药破碎、压实、疏松和切割物体的作业。 2、爆炸一般地说，压力急剧释放的现象都可称为爆炸。 3、爆轰是炸药在瞬间发生分解反应的一种特定形式，其实质是爆轰波在炸药中的传播。常用炸药爆速在2500～7000m/s之间。 4、爆轰波炸药爆轰时，其前阵面是带有冲击波的化学反应区，该阵面称为爆轰波，爆轰波是爆作用的激发源。 5、炸药威力指炸药作有效功的能力，实际应用中把它成推进威力（静效应、作功效）和冲击威力（动效成、破坏效应）。 6、炸药猛度反映炸药爆轰对爆破对象的冲击、粉碎能力。 7、爆力反映炸药爆轰在介质内部作功的性能。 第二部分 岩石爆破机理 一、岩石分类与可爆性 岩石分类按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩二大类。 岩石的可爆性 1、岩石分级我国使用的岩石坚固性系数，是前苏联学者m . m普洛托季亚可洛夫于1926年提出的划分岩石级的指标。公式fR/10 2、岩石可爆性分级特别破碎、强烈破碎、中等破碎、轻微破碎、极轻微破碎。 二、三种岩石爆破机理 岩石爆破机理的几种学说 1、爆轰气体压力作用学说（静力学） 2、应力波作用学说（爆破动力学） 3、应力波和爆轰气体压力共同作用学说 在坚硬岩石、高猛度炸药、耦合装药或装药不耦合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要；在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。 三、岩石爆破作用 一、单个药包的爆破作用 单个药包的爆破作用 为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质，并将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包的爆破作用原理是其他形状药包爆破作用原理的基础。 一爆破的内部作用 当药包在岩体中的埋置深度很大，其爆破作用达不到自由面时，这种情况下的爆破作用即为内部作用。岩石的破坏特征随着其离药包中心距离的变化而发生明显的变化。 根据岩石的破坏特征，可将耦合装药下受爆炸影响的岩石分为三个区域 R0一药包半径；尺I一粉碎区半径；R一破裂区半径 爆破的内部作用 1．粉碎区 当密闭在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急剧增高到数104 MPa,并在药包周围的岩石中激发起冲击波，其强度远远超过岩石的动态抗压强度。在冲击波的作用下，对于坚硬岩石，在此范围内受到粉碎性破坏，形成粉碎区；对于松软岩石如页岩、土壤等，则被压缩形成空腔，空腔表面形成较为坚实的压实层，这种情况下的粉碎区又称为压缩区。研究表明对于球形装药，粉碎区半径一般是药包半径的1.281.75倍；对于柱形装药，粉碎区半径一般是药包半径的l.5～3.05倍。虽然粉碎区的范围不大，但由于岩石遭到强烈粉碎，能量消耗却很大。 2．破裂区 在粉碎区形成的同时，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，而切向方向将产生拉应力和拉伸变形。由于岩石的抗拉强度仅为其抗压强度的l／l0．l／50，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的径向裂隙。 随着径向裂隙的形成，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩石随即释放出在压缩过程中积蓄的弹性变形能，形成与压应力波作用方向相反的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石即被拉断，形成环向裂隙。 2．破裂区 在径向裂隙和环向裂隙形成的过程中，由于径向应力和切向应力的作用，还可形成与径向成一定角度的剪切裂隙，应力波的作用在岩石中首先形成了初始裂隙，接着爆轰气体的膨胀、挤压和气楔作用使初始裂隙进一步延伸和扩展。当应力波的强度与爆轰气体的压力衰减到一定程度后，岩石中裂隙的扩展趋于停止。在应力波和爆轰气体的共同作用下，随着径向裂隙、环向裂隙的形成、扩展和贯通，在紧靠粉碎区处就形成了一个裂隙发育的区域，称为破裂区。 3．震动区 在破裂区外围的岩体中，应力波和爆轰气体的能量已不足以对岩石造成破坏，应力波的能量只能引起该区域内岩石质点发生弹性振动，这个区域称为震动区。在震动区，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡，隧道冒顶、片帮等灾害。 岩石爆破的外部作用 1．霍布金逊效应引起的破坏 压应力波传播到自由面，一部分或全部反射回来成为与传播方向相反的拉应力波，这种效应叫做霍布金逊效应 ，霍布金逊效应主要导致岩石片落。 2．反射拉应力波引起的径向裂纹的延伸 当反射拉伸应力波的强度减小到不足以引起片落时，也可能在破碎岩石方面起到一定的作用。从自由面反射回来的拉伸应力波使原先存在于径向裂隙梢上的应力场得到加强，故裂隙继续向前延伸。当径向裂隙同反射应力波阵面成90。角时。反射拉伸效果最好。当交角为θ时，存在一个sinθ方向的拉伸分量，促使径向裂隙扩展和延伸，或者造成一条分支裂隙。垂直于自由面方向的径向裂隙，则不会因反射拉伸应力波的影响而继续扩展和延伸。 反射拉应力波引起的径向裂纹的延伸示意图 3．两个自由面的爆破破碎 自由面的作用是非常重要的。增加自由面的个数，可以在明显改善爆破效果的同时，显著地降低炸药消耗量。合理地利用地形条件或人为地创造自由面，往往可以达到事半功倍的效果。 下图说明了自由面个数对爆破效果的影响。 自由面对爆破破碎效果的影响 如果岩石是均质的，而且条件相同，那么两个自由面条件下所爆下的岩石体积几乎为一个自由面条件下的两倍。 目前流行的大孔距小抵抗线爆破，正是充分利用了自由面对爆破效果的影响作用，通过调整孔间起爆顺序，人为地造成每个炮孔享受两个自由面的有利条件，从而明显改善爆破效果。 1、利文斯顿爆破漏斗理论 利文斯顿爆破漏斗理论认为假若炸药在地表深处爆炸时，其绝大部分能量传递给岩石。当药包逐渐移向地表附近爆炸时，其传递给岩石的能量将相对减少，而传递给空气的能量将相对增加。另外，从传给地表附近岩石的爆破能量来看，药包深度不变增加药包重量；或者药包重量不变而减少埋藏深度，二者的爆破效果是相同的 。 二、 爆破漏斗理论 2、利文斯顿爆破范围划分 利文斯顿将爆破范围划分为四个区域弹性变形区、冲击变形区、破碎区与空爆区。 当药包埋在地表以下足够深时，炸药的能量将消耗在岩石中，在地表处观察不到破坏。在药包以上的区域称为弹性变形区。如果药包重量增加或埋深减小，则地表岩石就可能发生破坏。使岩石开始发生破坏的埋深称为临界埋深。 3、爆破漏斗的几何要素 1自由面是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。 2最小抵抗线是指药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。习惯上用 W表示最小抵抗线。 3爆破漏斗半径是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。常用r表示爆破漏斗半径。 4爆破漏斗破裂半径又叫破裂半径，是指从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。 3、爆破漏斗的几何要素 5爆破漏斗深度是指爆破漏斗顶点至自由面的最短距离。爆破漏斗深度。 6爆破漏斗可见深度是指爆破漏斗中渣堆表面最低点到自由面的最短距离。 7爆破漏斗张开角即爆破漏斗的顶角。 爆破漏斗的分类 a标准抛掷爆破漏斗；b加强抛掷爆破漏斗； c减弱抛掷爆破漏斗；d松动瀑破漏斗 二、成组药包及其爆破作用 工程中常用多个炮孔的成组药包进行爆破。成组药包爆破是单个药包爆破的组合，通过调整群药包的药包间距和起爆时间顺序，采用诸如光面爆破、预裂爆破、毫秒爆破、挤压爆破等爆破技术，可以充分发挥单个药包的爆破作用，达到单个药包分次起爆所不能达到的爆破效果。研究成组药包的爆破作用机理，对于合理选择爆破参数具有重要指导意义。 三、单排成组药包的齐发爆破 当多个药包齐发爆破时，在最初几微秒时间内应力波以同心球状从各起爆点向外传播。经过一定时间后，相邻两药包爆轰引起的应力波相遇，并产生相互叠加，于是在模拟材料试块中出现复杂的应力变化情况。应力重新分布，沿炮眼连心线的拉应力得到加强，而炮眼连心线中段两侧附近则出现应力降低区。 1、应力波破坏理论 应力波破坏理论认为，在两个药包爆轰波阵面相遇时发生相互叠加，如果炮眼相距较近，合力的值超过岩石的抗拉强度，则沿炮眼连心线将会产生径向裂隙，将两炮眼连通。 2、联合作用爆破理论 应力波和爆轰气体联合作用爆破理论认为，应力波作用于岩石中的时间虽然极其短暂，然而爆轰气体产物在炮眼中却能较长时间地维持高压状态。在这种准静态压力作用下，炮眼连心线上的各点上均产生很大的切向拉伸应力。最大应力集中在炮眼连心线同炮眼壁相交处，因而拉伸裂隙首先出现在炮眼壁，然后沿炮眼连心线向外延伸，直至贯通两个炮眼，这种解释更具有说服力。 生产实际证明，因为相邻两齐发爆破的炮眼间的拉伸裂隙是从炮眼向外发展，而不是从两炮眼连心线中点向炮眼方向发展的。相邻两个炮眼药包的齐发起爆，使所取岩石单元体中由左边炮眼药包爆轰引起的压应力正好同由右边炮眼药包爆轰所引起的拉应力互相抵消，这样就形成了应力降低区。 应力加强的分析 应力降低的分析 因此，适当增大眼距，并相应地减小最小抵抗线，使应力降低区处处在岩石之外，有利于减少大块的产生。此外，相邻两排炮眼的三角形布置比矩形布置更为合理。 四、多排成组药包 多排成组药包齐发爆破所产生的应力波相互作用的情况比单排时更为复杂。在前后排各两个炮眼所构成的四边形岩石中，从各炮眼药包爆轰传播过来的应力波互相叠加，造成应力极高的状态，因而使岩石破碎效果得到改善。然而在另一方面，多排成组药包齐发爆破时，只有第一排药包的爆破具有两个自由面的优越条件，而后排药包的爆破则因自由面数较少而受到较大的夹制作用，所以爆破效果不好。实际上在多排成组药包爆破时，前后排药包间采用毫秒爆破技术可以获得良好的爆破效果。 第三部分 矿用炸药 一、炸药的分类 （一按组分分类炸药按组分分为单体炸药和混合炸药两大类。 （二）按用途分类 1、起爆药是一种对外界作用十分敏感的炸药，主要用于起爆猛炸药。 2、猛炸药（常用的工业炸药，如TNT、乳化炸药、浆状炸药、硝酸铵炸药和铵油炸药等，都是猛炸药 ）。 3、发射药又称火药，其主要特点是对火焰敏感，化学反应呈燃烧形式，但在密闭条件下可转变为爆炸 。 一、炸药的分类 （三）按使用条件分类 煤炭部门生产的炸药，按其使用条件分为三类煤矿许用炸药、岩石炸药和露天炸药。 此外，按炸药的物理形态分类还可将炸药分为固体（态）炸药（如常用的工业炸药）、液态炸药（如硝化甘油、硝基甲烷、硝基苯等）塑体或胶体炸药（形态介于固体和液体之间）和气体（态）炸药（各种爆炸性混合气体），前二种称为凝聚体（态）炸药。 二、炸药的起爆与感度 （一）起爆能工业炸药常用的起爆能有3 种热能、机械能和爆炸能。 （二）感度炸药的感度是指炸药在外界起爆部作用下发生爆炸的难易程度。药起爆时所用的起爆能小，表示药的感度高；反之，所需的起爆能大，则表示炸药的感度低。此外，炸药的感度因起爆能形式的不同而异。比如TNT用火焰点着时，只能平静地燃烧，但受到雷管爆炸能的作用时就会发生爆炸；在实际应用中切不可简单地以炸药对某种外能的感度来等效地衡量它对另一种外能的感度。 三、工业炸药 工业炸药至今发展了四个阶段 1、黑火药时期（17世纪初至19世纪中叶） 2、硝化甘油炸药和硝铵炸药时期（19 世纪中叶至20世纪中叶） 3、硝铵炸药时期20世纪50年代开始 4、乳化炸药20世纪70年代在美国发展起来的一种新型炸药，分为岩石型、露天型和煤矿许用型。 四、工业炸药基本要求 （1）爆炸性能好，具有足够的爆炸威力； （2）具有适当的感度，既能用雷管或起爆药柱起爆，又能确保制造、运输、储存和使用等方面的安全； （3）炸药的爆炸反应应是零氧平衡，即炸药爆炸后所产生的有毒气体量不得超过安全规程规定的标准； （4）物化安全性好，在规定的储存期内不易变质失效； （5）原料来源丰富，制造工艺简单，成本低廉。 五、乳化炸药的优点 （1）抗水性好学温下浸泡在水中7 天后，炸药的爆炸性能无明显变化，仍然可用8 号雷管起爆。 （2）爆速高爆速可达4000～5000m/s，故威力高。 （3）感度高由于加入了发泡别，敏化剂气泡均匀地分散在其中，故爆表敏感度高，且具有雷管感度。 （4）密度可调炸药的密度可在0.8～1.45cm3之间调节。 （5）安全性能好乳化炸药对于冲击、摩擦、撞击的感度都较低，有毒气体生成量少，使用安全，储存期长，在常温下可储存半年以上。 第四部分 起爆器材 一、主要起爆方式 在火花起爆中采用导火索和火雷管； 在电力起爆系统中采用辅以起爆电源和联接电路的电雷管起爆； 在非电导爆管起爆系统中采用击发器、导爆管、连接件和非电雷管； 在导煤索起爆系统中采用导爆索、继爆管和击发元件； 最新的起爆方式为可编程控制的电子雷管起爆。 二、导爆管起爆 导爆管是在20世纪70年代出现的一种起爆器材，由于它具有稳定的传爆性能和使用的安全、可靠、方便等性能，迅速普及； 导爆管起爆网路由击发装置、导爆管、连接件和终端雷管组成。由于这一起爆系统同时具有电力起爆和导爆索起爆系统的优点，能够适应各种不同条件的爆破工程，在国内外得到了广泛的应用。 我矿目前已经普遍使用导爆管起爆。 三、导爆管起爆网路特性 采用导爆管起爆网路可以形成孔内微差爆破和孔外微差爆破。两种微差方式的交叉使用，可以满足大规模、超多段的炮孔法爆破，同时满足在距离建筑物很近的地方进行大规模控制爆破的要求。 四、导爆管起爆网路的优点 1．操作技术简单，工人容易掌握，准备工作量小。 2．安全性高，由于导爆管中的炸药量极小，在运输保管和使用中很安全，同时不受外来电流的影响。 3．可靠性高，在一次起爆上万药包的城市控制爆破中取得了良好的起爆效果。 四、导爆管起爆网路的优点 4．成本低，导爆管本身是一种白色透明的塑料管，生产成本很低。 5．使用方便灵活，采用孔内微差和孔外微差相结合，理论上可以起爆无数段。采用这一起爆网路已经取得了在距离建筑物l0m处实施深孔爆破，分594段一次起爆73.8t炸药的成功经验。 五、导爆管起爆网路的缺点 1．起爆前无法用仪表检查网路。 2．在接力起爆网路中，孔外微差的雷管应该小于孔内雷管的段数，否则容易引起拒爆。 3．在有水的场合爆破可能因水进入导爆管造成拒爆。 4．导爆管的抗外力能力较差，强力拉伸、塑料管破损都会造成拒爆。 六、电子雷管起爆系统 南非AECl炸药公司、Sasol矿用雷管公司开发了各自的电子雷管起爆系统，目前正在南非的一些地下矿山进行生产爆破试验和推广应用工作。每只雷管的发火时刻在0～25ms范围内，可按毫秒量级编程设定。 目前还在一次起爆雷管不太多的掘进爆破中进行试验。 电子雷管起爆系统的高精度与高可靠性，发火时刻设定的灵活性，对静电、射频电和杂散电流的固有安全性，对起爆系统的事前可测控性，都是现有其他起爆系统所无法比拟的。 七、电子雷管起爆两个主要问题 一是已开发成功的电子雷管起爆系统，整个系统的成本还很高，矿山使用的投资回收期长。AECI公司Electro.det系统的使用成本是现行导爆索、导爆管起爆系统的3～4倍； 二是必须使整个系统高度集成化，才便于矿山生产实际应用。随着微电子技术的发展，现有矿山起爆系统将面临电子雷管起爆系统的严峻挑战。 第五部分 浅孔爆破 一、概述 二、井巷掘进浅眼爆破 1、工作面炮眼的分类及其作用 工作面上布置的炮眼按其作用不同可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。 掏槽眼的作用是将自由面上某一部位岩石首先掏出一个槽子，形成一个亲自由面，为其余的炮眼爆破创造有利条件。 辅助眼的作用是进一步扩大槽子体积和增大爆破量，并为周边眼爆破创造有利条件。 周边眼的作用是使爆破后的井巷断面规格和形状能达到设计的要求。 二、井巷掘进浅眼爆破 2、掏槽眼的形式及其应用条件 （1）倾斜掏槽 倾斜掏槽的特点是，掏槽眼与自由面（即工作面）斜交，适用大断面掘进； （2）垂直掏槽（或称直线掏槽）。垂直掏槽的特点是，所有掏槽眼都平行于平巷中心线（即垂直于工作面上钻凿炮眼的深度不受限制，所以它广泛地用于小断面巷道的掘进； （3）混合掏槽 这种掏槽方法是指两种以上掏槽法在同一工作面混合使用。 二、井巷掘进浅眼爆破 3、盲炮的处理 （1）如果炮眼外的电线、导火索、导爆管经检查完好，可重新起爆。 （2）可用木制或竹制工具将填塞物慢慢掏出，另装起爆药包重新起爆。绝对禁止拔出或拉导爆管或雷管，以及掏炸药内的雷管。 （3）如眼内系硝锭炸药，可以清除堵塞物后向炮眼内灌水、使炸药溶解；若确认眼内雷管已爆，只是炸药未爆，可用高压水冲洗。 （4）当清楚掌握炮眼方向的情况下，可以在距盲炮近旁（60～40cm）处另凿一平行炮眼装药爆破，带掉时泡。如果盲炮方向不明，或附近可能有其他盲炮和残药时，此法不能用。 三、回采落矿浅眼爆破技术 1、井下浅眼落矿爆破特点 具有两个以上的自由面，爆破面积和爆破量都比较大。 通常井下浅眼落矿要求爆破作业安全，每米炮眼落矿量大，回采强度高，大块少，二次破碎量要小，矿石损失、贫化低，材料消耗少。 三、回采落矿浅眼爆破技术 2、炮眼排列 井下浅眼落矿的炮眼排列方向，有上向倾斜和近似水平倾斜两种，其中前者应用广泛。 炮眼在工作面的排列形式有平行排列和交错排列之分； 交错排列在矿体内部分布均匀，崩落矿石也较均匀，在矿山生产中，使用非常广泛。 三、回采落矿浅眼爆破技术 3、起爆方式 正向起爆、反向起爆和中部双向起爆三种； 国内外实践证明，反向起爆能提高炮眼利用率，能充分利用炸药的爆炸能量，改善爆破质量，增大抛碴距离和降低炸药消耗量。目前，反向和中部双向起爆用得较广泛，而正向起爆多用于乡镇企业采矿与采石等，特别是用导火索、火雷管起爆法中，可以节省导火索的用量。 三、回采落矿浅眼爆破技术 4、减少大块产出的方法 根据当前国内国际研究应用表明 大孔距、小抵抗线法是减少大块产出的最有效办法，即适当增大眼距，并相应地减小排距，使应力降低区处在岩石之外，可有效减少大块的产生。